Die Dichte der Luft wird mit zunehmender Höhe geringer. Daraus folgt eine Abnahme der Brechzahl mit der Höhe.
Dringt nun ein Lichtstrahl in die Erdatmosphäre ein, so wird er fortlaufend gebrochen und legt somit eine gekrümmte Bahn zurück (s. Abb.)

Hiervon lebt das Phänomen der Refraktion, welches ein scheinbares Anheben der Gestirne am Horizont um etwa einen scheinbaren Sonnendurchmesser (0,5 Grad) bewirkt. Dies bedeutet, daß die Sonne die mit ihrem unteren Rand den Horizont berührt, geometrisch gesehen, schon untergegangen ist. Da die Refraktion mit der Höhe des Gestirns über dem Horizont schnell abnimmt ist die Sonne beim Auf- und Untergang abgeplattet, da der Oberrand nur z.B. 29 Bogenminuten der Unterrand dagegen 30 Bogenminuten angehoben werden.

Dies gilt auch für den Mond, wie das folgende Bild zeigt.